越南萊州水電站電氣一次設(shè)計(jì)研究

舒 適

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

越南萊州水電站位于越南萊州省芒岱縣，距首都河內(nèi)約640km，為越南第三大裝機(jī)水電站，裝機(jī)容量?jī)H次于越南山蘿、和平水電站，業(yè)主為越南電力公司下屬的第一水電管理局。電站采用碾壓混凝土重力壩及壩后式廠房，安裝3臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為400MVA，總裝機(jī)容量為1200MVA，電站設(shè)計(jì)年均發(fā)電量為46.7億kW·h，項(xiàng)目建成后可以提高越南電網(wǎng)的供電容量，對(duì)保障當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)穩(wěn)定、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。確保將水能有效轉(zhuǎn)換成電能并送至電力系統(tǒng)，同時(shí)保障全廠設(shè)備安全用電是電站電氣一次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其設(shè)計(jì)范圍主要包括電氣主接線設(shè)計(jì)、廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、照明及小動(dòng)力設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)等方面，標(biāo)準(zhǔn)主要參照IEC規(guī)范。

1 電氣主接線設(shè)計(jì)

水電站電氣主接線主要受裝機(jī)臺(tái)數(shù)、容量及接入系統(tǒng)要求等條件約束。根據(jù)當(dāng)?shù)亟尤胂到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求，萊州水電站以2回500kV出線送至山蘿變電站，并在每回出線設(shè)置一組50MV的并聯(lián)電抗器，以滿足系統(tǒng)對(duì)無(wú)功要求。

電氣主接線設(shè)計(jì)需滿足以下要求：（1）可靠性高。（2）運(yùn)行靈活、檢修方便、開(kāi)停機(jī)操作簡(jiǎn)單。（3）經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)。（4）繼電保護(hù)和控制簡(jiǎn)單可靠[1]。

發(fā)電機(jī)與變壓器組合通常有單元接線、擴(kuò)大單元接線、聯(lián)合單元接線，考慮電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù)及規(guī)模，采用單元接線，即每臺(tái)發(fā)電機(jī)各自和1臺(tái)容量為467MVA的500kV三相主變相接。采用此種方式接線簡(jiǎn)單清晰，運(yùn)行靈活，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，主變故障或檢修時(shí)僅本臺(tái)機(jī)組容量受阻，影響范圍小，可靠性高。

電站500kV高壓側(cè)3回進(jìn)線，2回出線，可采用單母線接線、雙母線接線、角形接線等方式，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)習(xí)慣，采用五角形接線，該接線在任一斷路器故障時(shí)能確保全廠容量正常送出。任一出線故障不影響電站機(jī)組的正常運(yùn)行，另一回出線可以送出全廠的全部容量，可靠性高。電站的正常運(yùn)行操作由斷路器進(jìn)行，隔離開(kāi)關(guān)只作為斷路器或進(jìn)出線回路檢修隔離之用，結(jié)合電站布置，500kV設(shè)備采用GIS。

考慮電站機(jī)組容量及特性，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)接地變壓器的高電阻接地方式。發(fā)電機(jī)出口設(shè)置發(fā)電機(jī)出口斷路器，考慮電站廠房布置較為緊湊，將電壓互感器、避雷器等集成至發(fā)電機(jī)出口斷路器中。

電站機(jī)組制動(dòng)采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式，并設(shè)置專用電制動(dòng)設(shè)備，加入電制動(dòng)可以克服純機(jī)械制動(dòng)方式存在制動(dòng)閘塊磨損大、產(chǎn)生粉塵污染定子線圈和噪聲大的弊端，改善機(jī)組自動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行條件，延長(zhǎng)使用壽命，減少檢修工作量和強(qiáng)度。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速為50%的額定轉(zhuǎn)速時(shí)，投入電氣制動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的5%～10%時(shí)，投入機(jī)械制動(dòng)至停機(jī)；當(dāng)電氣制動(dòng)或發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)采用機(jī)械制動(dòng)。電站主要設(shè)備參數(shù)如表1所示，電氣主接線圖如圖1所示。

表1 電站主要設(shè)備參數(shù)

圖1 電氣主接線圖

2 廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電站廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要為電站所有用電負(fù)荷提供供電網(wǎng)絡(luò)，以便各設(shè)備能可靠合理用電，設(shè)計(jì)范圍主要包括廠用電源設(shè)置、廠用電電壓選擇、廠用電接線等[2]。

結(jié)合水電站相關(guān)設(shè)計(jì)要求，該電站廠用工作電源取自主變壓器低壓側(cè)，以保證在機(jī)組停機(jī)時(shí)可從系統(tǒng)倒送廠用電，備用電源取自當(dāng)?shù)?.3kV電網(wǎng)，同時(shí)為提高電站運(yùn)行的安全性和可靠性，電站設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為電站的保安電源。

該電站廠用電供電范圍包括機(jī)組自用電、全廠公用電、進(jìn)水口設(shè)備用電、溢洪道設(shè)備用電等。由于電站規(guī)模較大，各用電負(fù)荷又相對(duì)比較分散，若只采用0.4kV一級(jí)電壓供電，將導(dǎo)致許多用電負(fù)荷在供電距離、電壓升降等方面超出低壓供電的允許范圍，無(wú)法滿足電站用電負(fù)荷的供電要求，結(jié)合當(dāng)?shù)赜秒娏?xí)慣，電站采用6.3kV和0.4kV兩級(jí)電壓供電的方式。

結(jié)合當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣，電站設(shè)2臺(tái)高壓廠用變壓器（18kV、6.3kV）作為廠用電工作電源，經(jīng)負(fù)荷計(jì)算每臺(tái)變壓器容量設(shè)為4000kVA，分別從I號(hào)和II號(hào)主變壓器的低壓側(cè)取電；設(shè)6.3kV外來(lái)電源2回，從當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)終端塔經(jīng)電纜接入電站6.3kV系統(tǒng)。設(shè)低壓柴油發(fā)電機(jī)組兩臺(tái)變壓器（0.4kV、6.3kV）升壓后接入電站6.3kV系統(tǒng)；全廠6.3kV系統(tǒng)共設(shè)4段母線，主變低壓側(cè)電源分別接至I、II段母線，III段、IV段母線各接入1組柴油發(fā)電機(jī)、1組6.3kV外來(lái)電源。I段和II段、III段和IV段之間通過(guò)母聯(lián)斷路器連接，I段和II段母線主要連接全廠公用電系統(tǒng)，III段和IV段母線因接入柴油發(fā)電機(jī)及外來(lái)電源，供電可靠性大于I段和II段母線，因此大壩及溢洪道等關(guān)系到全廠安全的重要負(fù)荷接入該母線上，I段和III段、II段和IV段之間通過(guò)電纜連接以組成完整的6.3kV系統(tǒng)。正常運(yùn)行時(shí)，I段和II段母線單獨(dú)運(yùn)行，III段和IV段分別由I段和II段母線供電；當(dāng)I號(hào)和II號(hào)高壓廠用變壓器失電時(shí)，投入與之相連的外來(lái)電源給相應(yīng)母線供電；若I段和II段母線全部失電時(shí)，I段和II段母線之間的母聯(lián)斷路器自動(dòng)投入，一臺(tái)高壓廠用變壓器帶全廠負(fù)荷；當(dāng)I段和II段母線全部失電時(shí)，I段和II段母聯(lián)斷路器跳閘后，兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，提供保安電源。為了提高廠用電供電的安全性和可靠性，電站0.4kV系統(tǒng)采用機(jī)組自用電、公用電、大壩用電、泄洪用電分開(kāi)供電方式。

3 照明及小動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

照明及小動(dòng)力系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全廠正常照明、應(yīng)急照明、小型設(shè)備用插座，系統(tǒng)覆蓋全廠，設(shè)計(jì)范圍大。良好的照明及小動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提升全廠的工作環(huán)境，給全廠運(yùn)行維護(hù)創(chuàng)造良好的條件。全廠正常照明設(shè)置2段母線，每段母線2回進(jìn)線，并通過(guò)ATS開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換以提高正常照明供電可靠性；應(yīng)急照明設(shè)置專門(mén)的緊急電源系統(tǒng)，其電源取自電站直流系統(tǒng)；考慮小型設(shè)備用插座無(wú)需過(guò)高的供電可靠性，插座電源取自全廠公用電系統(tǒng)；因廠房區(qū)域范圍較大，為確保全廠各區(qū)域照明及小動(dòng)力系統(tǒng)取電便利性，在全廠各區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的照明配電箱、插座配電箱，并根據(jù)各分支線路負(fù)荷選擇合適截面進(jìn)線，確保照明燈具、插座能正常工作。

燈具按相應(yīng)照度要求進(jìn)行布置，并盡量滿足整齊美觀要求，考慮水電站運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，不同房間對(duì)燈具類型、光源有特定要求，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的燈具。在蝸殼層、水輪機(jī)層等處，由于濕度大，為提高照明可靠性，需采用防水性能好的燈具，如防水型熒光燈；對(duì)于發(fā)電機(jī)層，由于高度高、區(qū)域大、照度要求高，需采用光通量較大的金鹵燈；中控室、辦公室等房間大多進(jìn)行了吊頂，且要求美觀性，采用柵格燈等嵌入式燈具；在電纜廊道等照度要求不高的照明場(chǎng)所，采用功率較小的節(jié)能燈降低照明能耗；大壩、進(jìn)廠道路等區(qū)域采用穿透性較好的燈具，如鈉燈。因電站正常照明、事故照明燈具都取自交流電源，因此全廠燈具都可采用交流燈具，這樣不僅確保了燈具的統(tǒng)一性，還降低了照明系統(tǒng)的運(yùn)維難度。

4 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

接地系統(tǒng)主要用于保證人身安全和電站安全可靠運(yùn)行，接地系統(tǒng)有工作接地、保護(hù)接地等類型，工作接地主要包括變壓器中性點(diǎn)接地，保護(hù)接地主要包含地下接地網(wǎng)、設(shè)備接地等。該電站地下主接地網(wǎng)區(qū)域包含大壩、溢洪道、廠房、尾水等區(qū)域，廠房區(qū)域采用銅接地體并分層進(jìn)行敷設(shè)、其他區(qū)域主要采用鍍鋅鋼材。根據(jù)電站入地短路電流和當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)要求，全廠接地電阻按不大于0.5Ω進(jìn)行設(shè)計(jì)。為確保各設(shè)備能可靠接地，主接地網(wǎng)引出至全廠各區(qū)域，并在合適位置預(yù)留接地銅板，各設(shè)備采用銅絞線和接地銅板進(jìn)行連接從而接入全廠接地網(wǎng)。銅絞線截面根據(jù)設(shè)備類型進(jìn)行選擇，對(duì)于發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、主變、廠用電系統(tǒng)等重要設(shè)備采用2根銅絞線作為接地連接體；其他用電負(fù)荷根據(jù)負(fù)荷類型、容量選擇不同截面的銅絞線。為確保接地系統(tǒng)能穩(wěn)固連接，接地連接線之間、接地連接線與接地銅板都采用放熱焊進(jìn)行連接。

5 設(shè)計(jì)編碼

水電站設(shè)備多，系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的編碼可以明確各級(jí)系統(tǒng)、設(shè)備和部件的相互關(guān)系，降低維護(hù)成本，改善運(yùn)行維護(hù)效率。KKS編碼自誕生以來(lái)，因其在電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)和經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程之中的優(yōu)勢(shì)，已成為世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用的發(fā)電廠設(shè)備編碼系統(tǒng)[3]。該電站電氣一次設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合KKS編碼原則，制訂該電站的編碼系統(tǒng)，以便對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行快速識(shí)別，為電站的運(yùn)行維護(hù)及信息化奠定基礎(chǔ)。以電站6.3kV系統(tǒng)的工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)編碼為例，根據(jù)編碼規(guī)則，第I段母線的第一面柜子可編為20BBA01GH001，其余情況類似。

6 結(jié)束語(yǔ)

萊州水電站電氣一次設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合了相關(guān)規(guī)范和業(yè)主要求，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了確認(rèn)，電站的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、易維護(hù)性是該設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。目前電站已投產(chǎn)發(fā)電，各電氣系統(tǒng)運(yùn)行良好，且產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。